là số node tham gia vào chuỗi. Xét node 3 ở vị trí số 3 là node chính trong vòng đang xét, ở mức đầu tiên các node được đánh số chẵn sẽ phát dữ liệu tập hợp được cho node bên phải của mình. Mức kế tiếp, các node đang giữ các dữ liệu tập hợp đó được đánh sốlại và các node đánh sốchẵn sẽ phát dữ liệu cho node ngay bên phải của nó. Ở mức cuối cùng, node 7 được đánh số 1 là node chứa dữ liệu lân cận cuối cùng của node chính node 3. Node 7 sẽ gửi toàn bộ dữ liệu tập hợp trước đó cho node chính. Sau đó node chính sẽ phát toàn bộ dữ liệu của chuỗi cho trạm gốc. Thuật toán chuỗi song song tiết kiệm đáng kể năng lượng tiêu thụ tại các node và độ trễ gói. Các kết quả mô phỏng cho thấy cấu trúc mở rộng của PEGASIS cũng như giao thức LEACH cải thiện đáng kể các nhược điểm của các giao thức định tuyến truyền thống.
3.3.3 Các giao thức định tuyến theo vị trí:
Trong giao thức định tuyến theo vị trí, các node cảm biển được đánh địa chỉ bằng vị trí của chúng. Thông tin vị trí cho các node cảm biến được yêu cầu cho mạng cảm biến bởi hầu hết các giao thức định tuyến để tính toán khoảng cách giữa hai node riêng biệt để ước lượng năng lượng tiêu thụ.
Mục tiêu của giao thức định tuyến theo vị trí là dùng thông tin về vị trí để tìm ra tuyến liên lạc hiệu quả từ nguồn đến đích. Định tuyến theo vị trí thích hợp cho mạng cảm biến,
Các giao thức định tuyến trong WSNs Chương 3. Các giao thức định tuyến trong WSNs
sự tập hợp dữ liệu loại bớt các thông điệp dư thừa làm giảm năng lượng tiêu thụ. Trong các giao thức truyền thống, tương tác giữa 2 thiết bị luôn quan tâm đến nội dung của dữ liệu hơn là sự đồng nhất giữa các node trong mạng. Mục tiêu là tìm ra đường liên kết 2 thiết bị, không thích hợp để điều khiển những truy vấn đa chiều theo vị trí. Trong giao thức mới này, một thiết bị phát đi yêu cầu về một hiện tượng xảy ra trong một khu vực nào đó. Thông tin cục bộ được đưa đến đích kèm theo vị trí của thiết bị như là địa chỉ của nó.
Giao thức định tuyến theo vị trí cần một lượng rất ít overhead chi phí cho tính toán và thông tin. Mặc khác, chỉ yêu cầu thông tin về đường truyền cấu hình single-hop (một bước) như vị trí của node lân cận tốt nhất để có quyết định chính xác. Do vậy, giao thức này phù hợp với những mạng có nguồn năng lượng hạn chế và khả năng mở rộng cao.
Chiến lược định tuyến:
Định tuyến theo vị trí của các node trong mạng dùng thông tin về vị trí để tìm ra đường đi tốt nhất từ nguồn đến đích, không yêu cầu phải phát flooding các gói request. Một gói dữ liệu được gửi đến một nhóm node phân bố trong một vùng đã được định trước, kỹ thuật này được gọi là geocasting. Vùng giới hạn này có thể do node nguồn quyết định hay do các node trung gian để loại trừ khả năng các gói bị chuyển lòng vòng trong mạng. Các node trung gian có hiểu biết tốt hơn về đích đến sẽ giới hạn vùng chuyển tiếp để tìm được hướng đi trực tiếp đến đích. Ý tưởng này giống với đặc tính dữ liệu-trung tâm của mạng cảm biến, quan tâm đến dữ liệu hơn là các node cảm biến cung cấp dữ liệu.
Một loại khác của giao thức định tuyến vị trí gọi là position-based routing, chỉ yêu cầu một node biết thông tin về các node lân cận trực tiếp của nó. Giao thức này giảm đáng kể overhead và năng lượng tiêu thụ do quá trình truyền chỉ trong một chặng. Tuy nhiên, hiệu quả còn phụ thuộc vào mật độ mạng, vị trí chính xác của node, và quan trọng hơn là quy ước chuyển gói đến đích.
Các giao thức định tuyến trong WSNs Chương 3. Các giao thức định tuyến trong WSNs
hợp trong mạng WSN vì năng lượng hoạt động bị giới hạn. Để giải quyết vấn đề này nhiều giải thuật đã được đề nghị.
Hình 3.24 Quyết định chuyển tiếp mang tính cục bộ và toàn hệ thống
Xem xét mô hình như trên hình 3.14, node hiện tại đang có dữ liệu cần chuyển đi là A. Quá trình chọn lựa node trung gian tiếp theo trên nguyên tắc node nằm gần đích đến hơn A (tức nằm giữa A và đích) sẽ được chọn. Chiến thuật most-forward-within-R (MFR) sẽ chọn node nằm xa nhất trong số các node nằm trong vùng bao phủ R. Theo đó, bước kế tiếp được chọn bởi A để chuyển tiếp dữ liệu sẽ là node MFR.
Một chiến thuật khác, nearest-forward-progress, lựa chọn node gần nhất. Node NFP được chọn để nhận dữ liệu từ node A do đây là node gần nhất tính từ A. Mô hình compassing routing chọn node có góc nhỏ nhất tạo bởi đường thẳng nối A-đích và đường thẳng nối A node được chọn. Theo đó, node CMP được chọn.
Mô hình low-energy forward chọn node tối thiểu năng lượng được yêu cầu. Node LEF được chọn để chuyển tiếp gói từ A đến đích.
Các giao thức định tuyến trong WSNs Chương 3. Các giao thức định tuyến trong WSNs
Hình 3.25 Các chiến lược chuyển tiếp gói
Mặc dù tính đơn giản, định tuyến theo vị trí của node có thể không tìm được tuyến hay định tuyến không hiệu quả. Hình 3.15 minh họa trường hợp này. Node S1 cần chuyển gói dữ liệu cho D. Theo đó, node S1 phải chọn node lân cận gần nhất đến đích là bước kế tiếp. Tuy nhiên S2và S3 đều nằm cách xa node đích hơn node S1.
Các giao thức định tuyến trong WSNs Chương 3. Các giao thức định tuyến trong WSNs
Trong môi trường mạng WSN, các cảm biến thường được nhúng vào các vùng khó hoặc không thể tiếp cận được, sự cô lập có thể xảy ra. Để phá vỡ thế cô lập, mô hình gọi là right-hand rule được đưa ra. Một gói xuất phát từ node Ni muốn truyền gói đến node Nj, xung quanh có nhiều node lận cận thì tuyến được chọn kế tiếp là tuyến đầu tiên theo quy tắc ngược chiều kim đồng hồ tính từ đường thẳng nối NiNj.
Tuy nhiên giản đồ này gặp phải trường hợp khi tuyến cắt ngang đường thẳng nối nguồn và đích. Một giải thuật gọi là face traversal nhằm tránh các đường cắt ngang. Nếu tuyến được chọn kế tiếp theo quy tắc right-hand giao với đường thẳng nối NiNj thì tuyến được chọn sẽ là tuyến kế tiếp theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.
Minh họa cho quá trình cải thiện chất lượng định tuyến khi áp dụng quy tắc right-hand và face traversal. Giả sử node S1 cần chuyển dữ liệu đến đích là node S8. Tuyến đầu tiên (1) từ S1 đến S2. Kế tiếp theo quy tắc right-hand chọn tuyến (2) đến S3. Tuy nhiên, tuyến này giao với đường thẳng nối nguồn và đích. Nếu vẫn giữ nguyên thì sẽ làm giảm hiệu quả của việc định tuyến. Vì thế tuyến này cần được thay thế bằng tuyến (4) là tuyến kế tiếp sau tuyến (2) theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Quá trình định tuyến tiếp tục cho đến khi tìm được đường đến đích.
Hình 3.27 Cải thiện chất lượng giao thức định tuyến
Định tuyến theo vị trí phù hợp cho mạng WSN vì yêu cầu ít thông tin cho điều khiển và tương tác cục bộ giữa các node. Tuy nhiên, các liên kết bất đối xứng và các đường giao nhau làm tăng độ phức tạp của giao thức.
Các giao thức định tuyến trong WSNs Chương 3. Các giao thức định tuyến trong WSNs
3.4 Kết luận chương
Đặc tính của WSN và tính chất môi trường làm cho việc định tuyến trở nên khó khăn. Nhiều giao thức định tuyến được đưa ra như các giải pháp khả thi cho vấn đề định tuyến. Vì sự phát triển các ứng dụng của WSN, sự cải tiến về mặt phần cứng và công nghệ chế tạo pin sẽ mở đường cho sự phát triển các giao thức định tuyến hiệu quả hơn.
Một trong những thử thách chính của thiết kế các giao thức định tuyến cho WSNs là hiệu quả năng lượng do sự khan hiếm năng lượng của bộ cảm biến. Mục tiêu cuối cùng đằng sau việc thiết kế giao thức định tuyến là giữ cho hệ thống cảm biến lâu nhất có thể, từ đó kéo dài thời gian sống của mạng. Năng lượng tiêu thụ của các bộ cảm biến bị chi phối bởi sự truyền nhận dữ liệu. Do vậy, các giao thức định tuyến được thiết kế cho WSN nên càng tiết kiệm năng lượng càng tốt để kéo dài thời gian sống cho các cảm biến riêng lẻ, và thời gian sống của mạng.
Các giao thức định tuyến trong WSNs Kết luận – Tài liệu tham khảo
KẾT LUẬN
Trong tiểu luận này, chúng ta đã khảo sát một vài giao thức định tuyến bằng cách sử dụng một số tiêu chuẩn phân loại, bao gồm dữ liệu trung tâm, thông tin vị trí và kiến trúc phân lớp.
Hai hướng nghiên cứu quan trọng nhận được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu cụ thể là thiết kế giao thức định tuyến cho WSNs, không gian cảm biến 3 chiều (3D). Mặc dù hầu hết các công trình nghiên cứu về WSNs , đặc biệt là về định tuyến chủ yếu là thiết lập hai chiều (2D), với các bộ cảm biến được triển khai trên một cánh đồng phẳng, có một số trường hợp giả định 2D là không hợp lý và việc sử dụng một thiết kế 3D trở thành một điều cần thiết. Trong thực tế, các thiết lập 3D phản ánh chính xác hơn thiết kế mạng cho thế giới thực các ứng dụng. Ví dụ một mạng lưới triển khai trên cây có độ cao khác nhau trong một khu rừng, trong một tòa nhà có nhiều tầng, hoặc dưới nước yêu cầu thiết kế trong không gian 3D chứ không phải là không gian 2D.
Mặc dù một số nỗ lực đã được dành cho việc thiết kế các tuyến và phổ biến dữ liệu giao thức cho các ứng dụng 3D cảm ứng, chúng tôi tin rằng những nỗ lực bước đầu trong họ giai đoạn phôi thai, các giao thức mạnh mẽ hơn và hiệu quả được yêu cầu thỏa đáng giải quyết tất cả vấn đề có thể xảy ra.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Shio Kumar Singh, M P Singh and D K Singh, “Routing Protocols in Wireless
Sensor Networks – A Survey”, IJCSES, 2010
[2] Kazem Sohraby, Daniel Minoli, Taieb Znati, “Wireless Sensor Network Technology, Protocol and Application”, John Wiley & Sons, Inc.